Les physiciens du plus grand destructeur d’atomes du monde ont détecté une mystérieuse particule primordiale de la nuit des temps.
Environ 100 des particules « X » à courte durée de vie – ainsi nommées en raison de leurs structures inconnues – ont été repérées pour la première fois parmi des milliards d’autres particules à l’intérieur du Grand collisionneur de hadrons (LHC), le plus grand accélérateur de particules au monde, situé près de Genève au CERN (l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire).
Ces particules X, qui existaient probablement en une infime fraction de seconde après le Big Bang, ont été détectés dans un bouillon bouillonnant de particules élémentaires appelé quark-gluon plasma, formés dans le LHC par écrasement mener ions. En étudiant plus en détail les particules X primordiales, les scientifiques espèrent construire l’image la plus précise à ce jour des origines de l’univers. Ils ont publié leurs conclusions le 1er janvier. 19 dans la revue Lettres d’examen physique.
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« Ce n’est que le début de l’histoire », a déclaré l’auteur principal Yen-Jie Lee, membre de la collaboration CMS du CERN et physicien des particules expérimentales au Massachusetts Institute of Technology. dit dans un communiqué. « Nous avons montré que nous pouvions trouver un signal. Dans les prochaines années, nous voulons utiliser le plasma quark-gluon pour sonder la structure interne de la particule X, ce qui pourrait changer notre vision du type de matériau que l’univers devrait produire. »
Les scientifiques retracent l’origine des particules X à quelques millionièmes de seconde seulement après le Big Bang, à l’époque où l’univers était une soupe de plasma surchauffée d’un billion de degrés grouillant de quarks et de gluons – des particules élémentaires qui se sont rapidement refroidies et combinées en protons plus stables et les neutrons que nous connaissons aujourd’hui.
Juste avant ce refroidissement rapide, une infime partie des gluons et des quarks sont entrés en collision, s’agglutinant pour former des particules X à très courte durée de vie. Les chercheurs ne savent pas comment les particules élémentaires se configurent pour former la structure de la particule X. Mais si les scientifiques peuvent comprendre cela, ils auront une bien meilleure compréhension des types de particules qui étaient abondantes pendant les premiers instants de l’univers.
Pour recréer les conditions d’un univers à ses débuts, les chercheurs du LHC ont tiré positivement accusé mener atomes les uns contre les autres à grande vitesse, les écrasant pour produire des milliers de particules supplémentaires dans une explosion momentanée de plasma ressemblant à la soupe primordiale chaotique du jeune univers. C’était la partie facile. La partie la plus difficile consistait à analyser les données de 13 milliards de collisions frontales d’ions pour trouver les particules X.
« Théoriquement parlant, il y a tellement de quarks et de gluons dans le plasma que la production de particules X devrait être améliorée », a déclaré Lee. « Mais les gens pensaient qu’il serait trop difficile de les rechercher, car il y a tellement d’autres particules produites dans cette soupe de quarks. »
Mais les chercheurs avaient un indice pratique avec lequel travailler. Bien que les physiciens des particules ne connaissent pas la structure de la particule X, ils savent qu’elle devrait avoir un schéma de désintégration très distinct, car les particules « filles » qu’elle fabrique devraient se détacher sur une plage d’angles très différente de celle produite par d’autres particules. Ces connaissances ont permis aux chercheurs de produire un algorithme qui a identifié les signes révélateurs de dizaines de particules X.
« Il est presque impensable que nous puissions démêler ces 100 particules de cet énorme ensemble de données », a déclaré le co-auteur Jing Wang, physicien au MIT, dans le communiqué. « Chaque nuit, je me demandais, est-ce vraiment un signal ou pas ? Et au final, les données ont dit oui ! »
Maintenant que les chercheurs ont identifié la signature de la particule X, ils peuvent déterminer sa structure interne. Les protons et les neutrons sont constitués de trois quarks étroitement liés, mais les chercheurs pensent que la particule X sera totalement différente. À tout le moins, ils savent que la nouvelle particule contient quatre quarks, mais ils ne savent pas comment ils sont liés. La nouvelle particule pourrait comprendre quatre quarks étroitement liés les uns aux autres, ce qui en ferait une particule exotique appelée tétraquark, ou deux paires de quarks – appelés mésons – liés de manière lâche l’un à l’autre.
« Actuellement, nos données sont cohérentes avec les deux [structures] Parce que nous n’avons pas encore assez de statistiques », a déclaré Lee. « Dans les prochaines années, nous prendrons beaucoup plus de données afin de pouvoir séparer ces deux scénarios. Cela élargira notre vision des types de particules qui ont été abondamment produites dans l’univers primitif. »
Publié à l’origine sur Live Science.
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